Chelating nanoparticles for biomedical applications

The main goal of the master thesis is to synthetize, functionalize and test two silica nanoparticles, both characterized by the presence of chelating agents, for biomedical purposes. The first one, named AGuIX, is a gadolinium-based nanoparticle designed to improve the localization of solid tumors and the outcomes of radiation therapy through a unique intravenous injection. It plays a key role both as contrast agent in the MRI and as radioenhancer and radiosensitizer in radiation therapy. The aim of the internship is to try to determine whether it is possible to add free chelators at the surface of the AGuIX nanoparticle by exploiting the silanes chemistry for multi-modal imaging applications. Indeed, this procedure would allow the addition of radionuclides (used for nuclear imaging, e.g. PET) in a very simple way which does not involve the use of other reagents or catalysts. The second nanoparticle, called MexBrain, is designed to be a metal sequestrant which can be useful either to treat a metal poisoning or to try to restore the homeostasis of some metals in particular regions of the body, such as the liver or the brain. As it will be explained in the next chapters, there could be a link between the dysregulation of the metal homeostasis and the manifestation of some neurodegenerative diseases like the Alzheimer or the Parkinson disease. The goal of my internship is to give the first proof of concept that the MexBrain nanoparticles are actually capable to extract metals more efficiently with respect to water through a microdialysis apparatus, which allows the metal extraction in situ.

Il principale obiettivo della tesi è quello di sintetizzare, funzionalizzare e testare due tipi diversi di nanoparticelle di silice, entrambe caratterizzate dalla presenza di agenti chelanti. La prima, chiamata AGuIX, è una nanoparticella basata sul gadolinio progettata per accumularsi nei tessuti tumorali e migliorare i risultati della radioterapia attraverso iniezione intravenosa. Questo tipo di nanoparticella ha un ruolo fondamentale come agente di contrasto per la MRI e come radiosensitivizzante nella radioterapia. Il progetto di tesi ha lo scopo di aggiungere chelatanti liberi sulla superficie della nanoparticella utilizzando la chimica dei silani con l'obiettivo di fare multi-modal imaging. Questo protocollo, infatti, consentirebbe la complessazione di radionuclidi (utilizzati nell'imaging nucleare, come la PET) in modo semplice e che non implica l'utilizzo di altri reagenti o catalizzatori. La seconda nanoparticella, chiamata MexBrain, è progettata per agire come sequestrante metallico per trattare sia l'avvelenamento da metalli pesanti che la disregolazione dell'omeostasi metallica, legata all'origine di alcune malattie degenerative come il morbo di Alzheimer e il Parkinson. L'obiettivo del progetto di tesi è di avere la prima prova di concetto che le nanoparticelle MexBrain siano effettivamente in grado di estrarre metalli in modo più efficace rispetto all'acqua pura attraverso un apparato di microdialisi, che consente l'estrazione metallica in situ.